Ang paggiling ng mga reagents ay nagpapataas ng rate ng mga heterogenous na reaksyon. Ang bilis ng isang kemikal na reaksyon

Mga gawain na may mga komento at solusyon

Halimbawa 23. Ang pagtaas sa rate ng reaksyon, ang equation kung saan ang 2CO + O 2 = 2CO 2, ay nag-aambag

1) pagtaas ng konsentrasyon ng CO

2) pagbaba sa konsentrasyon ng O2

3) pagbaba ng presyon

4) pagpapababa ng temperatura

Ito ay kilala na ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay nakasalalay sa mga sumusunod na kadahilanan:

Ang likas na katangian ng mga tumutugon na sangkap (ceteris paribus, mas aktibong sangkap ay mas mabilis na gumanti);

Ang konsentrasyon ng mga reactant (mas mataas ang konsentrasyon, mas mataas ang rate ng reaksyon);

Temperatura (ang pagtaas ng temperatura ay humahantong sa isang acceleration ng mga reaksyon);

Ang pagkakaroon ng isang katalista (ang katalista ay nagpapabilis sa proseso);

Presyon (para sa mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga gas, ang pagtaas ng presyon ay katumbas ng pagtaas ng konsentrasyon, kaya ang rate ng mga reaksyon ay tumataas sa pagtaas ng presyon);

Ang antas ng paggiling ng mga solido (mas malaki ang antas ng paggiling, mas malaki ang ibabaw na lugar ng contact ng solid reagents, at mas mataas ang rate ng reaksyon).

Isinasaalang-alang ang mga salik na ito, sinusuri namin ang mga iminungkahing sagot:

1) ang pagtaas sa konsentrasyon ng CO (inisyal na substansiya) ay talagang hahantong sa pagtaas ng bilis ng isang kemikal na reaksyon;

2) isang pagbawas sa konsentrasyon ng O 2 ay hahantong hindi sa isang pagtaas, ngunit sa isang pagbawas sa rate ng reaksyon;

3) ang pagbaba sa presyon ay mahalagang kapareho ng pagbawas sa konsentrasyon ng mga reagents, samakatuwid, ang rate ng reaksyon ay bababa din;

4) ang pagbaba ng temperatura ay palaging humahantong sa pagbaba sa rate ng isang kemikal na reaksyon.

Halimbawa 24. Ang rate ng reaksyon sa pagitan ng iron at hydrochloric acid ay nadagdagan ng

1) pagdaragdag ng isang inhibitor

2) pagpapababa ng temperatura

3) pagtaas ng presyon

4) pagtaas sa konsentrasyon ng HCl

Una sa lahat, isinusulat namin ang equation ng reaksyon:

Suriin natin ang mga iminungkahing sagot. Ito ay kilala na ang pagdaragdag ng isang inhibitor ay binabawasan ang rate ng reaksyon, at ang pagbaba ng temperatura ay mayroon ding katulad na epekto. Ang pagbabago sa presyon ay hindi nakakaapekto sa rate ng reaksyong ito (dahil walang mga gas na sangkap sa mga reagents). Samakatuwid, upang mapataas ang rate ng reaksyon, ang konsentrasyon ng isa sa mga reactant, lalo na ang hydrochloric acid, ay dapat na tumaas.

Halimbawa 25. Ang rate ng reaksyon sa pagitan ng acetic acid at ethanol ay hindi apektado

1) katalista

2) temperatura

3) konsentrasyon ng mga panimulang sangkap

4) presyon

Ang acetic acid at ethanol ay mga likido. Samakatuwid, ang pagbabago sa presyon ay hindi nakakaapekto sa rate ng reaksyon sa pagitan ng mga sangkap na ito, dahil ang kadahilanan na ito ay nakakaapekto lamang sa mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga gas na sangkap.

Halimbawa 26. Tumutugon sa hydrogen sa pinakamataas na rate

4) carbon

Ang carbon at sulfur ay mababang-aktibong non-metal. Kapag pinainit, ang kanilang aktibidad ay tumataas nang malaki; sa mataas na temperatura, ang gaseous hydrogen ay makikipag-ugnayan sa solid sulfur (sulfur melting point 444 ° C) at solid carbon. Ang aktibidad ng kemikal ng mga halogens ay mas malaki kaysa sa iba pang mga di-metal (ceteris paribus). Ang pinaka-aktibo sa mga halogens ay fluorine. Tulad ng alam mo, kahit na ang mga matatag na sangkap tulad ng tubig at fiberglass ay nasusunog sa isang fluorine na kapaligiran. Sa katunayan, ang hydrogen at chlorine ay nakikipag-ugnayan alinman kapag pinainit o sa maliwanag na liwanag, habang ang fluorine at hydrogen ay sumasabog sa anumang mga kondisyon (kahit na sa napakababang temperatura).

Mga gawain para sa malayang gawain

79. Ang hydrochloric acid ay pinakamabilis na tumutugon sa

2) sodium hydroxide (solusyon)

3) bakal

4) bakal(II) carbonate

80. Ang rate ng reaksyon ay tumataas nang may

1) pagtaas ng konsentrasyon ng CO

2) pagpapababa ng temperatura

3) pagtaas ng presyon

4) pagtaas ng temperatura

5) paggiling reagents

81.

A. Ang pakikipag-ugnayan ng nitrogen sa hydrogen ay mas mabilis sa mataas na presyon.

B. Ang bilis ng reaksyon ay depende sa temperatura.

1) A lang ang totoo

2) B lang ang totoo

3) ang parehong mga pahayag ay totoo

4) ang parehong mga paghatol ay mali

82. nakikipag-ugnayan sa pinakamataas na rate sa temperatura ng silid

83. Bilis ng reaksyon ay tataas sa

1) pagtaas sa konsentrasyon ng sulfur dioxide

2) pagtaas ng temperatura

3) pagpapababa ng temperatura

4) pagtaas ng presyon

5) pagbaba sa konsentrasyon ng oxygen

84. Ang rate ng kemikal na reaksyon sa pagitan ng sulfuric acid solution at iron ay hindi apektado

1) pagtaas sa konsentrasyon ng acid

2) pagbabago sa dami ng sisidlan

3) pagtaas sa temperatura ng reaksyon

4) pagtaas ng presyon

5) paggiling ng bakal

85. Ang reaksyon sa pagitan ng tubig at

1) sosa

2) kaltsyum

3) magnesiyo

86. makipag-ugnayan sa pinakamabilis

87. Ang rate ng isang reaksyon na ang scheme ay tumataas sa

1) pagtaas ng konsentrasyon ng mga iron ions

2) isang pagbawas sa konsentrasyon ng mga iron ions

3) pagpapababa ng temperatura

4) pagtaas ng konsentrasyon ng acid

5) nakakagiling na bakal

88. Tama ba ang mga sumusunod na pahayag tungkol sa bilis ng isang kemikal na reaksyon?

A. Ang rate ng pakikipag-ugnayan ng zinc sa oxygen ay depende sa presyon ng oxygen sa system.

B. Sa pagtaas ng temperatura ng 10 ° C, ang rate ng karamihan sa mga reaksyon ay tumataas ng 2-4 na beses.

1) A lang ang totoo

2) totoo, B lamang

3) ang parehong mga pahayag ay totoo

4) ang parehong mga paghatol ay mali

89. Ang rate ng reaksyon ay hindi apektado ng pagbabago

1) konsentrasyon ng hydrochloric acid

2) presyon

3) konsentrasyon ng sodium chloride

4) konsentrasyon ng sodium sulfite

5) temperatura

90. Sa ilalim ng normal na mga kondisyon, ang reaksyon ay nagpapatuloy sa pinakamataas na rate, ang equation / scheme kung saan

91. Tama ba ang mga sumusunod na pahayag tungkol sa bilis ng isang kemikal na reaksyon?

A. Ang pakikipag-ugnayan ng oxygen sa zinc ay nagpapatuloy sa mas mataas na rate kaysa sa tanso.

B. Ang bilis ng reaksyon sa solusyon ay depende sa konsentrasyon ng mga reactant.

1) A lang ang totoo

2) B lang ang totoo

3) ang parehong mga pahayag ay totoo

4) ang parehong mga paghatol ay mali

92. Makipag-ugnayan sa pinakamababang rate sa temperatura ng kuwarto

1) tansong sulpate (solusyon) at sodium hydroxide (solusyon)

2) sosa at tubig

3) oxygen at sink

4) sulfuric acid (solusyon) at calcium carbonate (tv)

93. Tama ba ang mga sumusunod na pahayag tungkol sa bilis ng isang kemikal na reaksyon?

A. Ang pakikipag-ugnayan ng zinc sa hydrochloric acid ay nagpapatuloy sa mas mataas na rate kaysa sa orthophosphoric acid ng parehong konsentrasyon.

B. Ang rate ng isang reaksyon sa isang solusyon ay depende sa dami ng sisidlan kung saan ang reaksyon ay isinasagawa.

1) A lang ang totoo

2) B lang ang totoo

3) ang parehong mga pahayag ay totoo

4) ang parehong mga paghatol ay mali

Bilis ng reaksyon ay tinutukoy ng pagbabago sa konsentrasyon ng molar ng isa sa mga reactant:

V \u003d ± ((C 2 - C 1) / (t 2 - t 1)) \u003d ± (DC / Dt)

Kung saan ang C 1 at C 2 ay ang mga molar na konsentrasyon ng mga sangkap sa mga oras na t 1 at t 2, ayon sa pagkakabanggit (sign (+) - kung ang rate ay tinutukoy ng produkto ng reaksyon, sign (-) - ng orihinal na sangkap).

Nagaganap ang mga reaksyon kapag nagbanggaan ang mga molekula ng mga reactant. Ang bilis nito ay tinutukoy ng bilang ng mga banggaan at ang posibilidad na sila ay humantong sa isang pagbabago. Ang bilang ng mga banggaan ay tinutukoy ng mga konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap, at ang posibilidad ng isang reaksyon ay tinutukoy ng enerhiya ng mga nagbabanggaang molekula.
Mga salik na nakakaapekto sa bilis ng mga reaksiyong kemikal.
1. Ang katangian ng mga reactant. Ang isang mahalagang papel ay nilalaro ng likas na katangian ng mga bono ng kemikal at ang istraktura ng mga molekula ng mga reagents. Ang mga reaksyon ay nagpapatuloy sa direksyon ng pagkasira ng hindi gaanong malakas na mga bono at ang pagbuo ng mga sangkap na may mas malakas na mga bono. Kaya, ang mataas na enerhiya ay kinakailangan upang masira ang mga bono sa H 2 at N 2 na mga molekula; ang mga naturang molekula ay hindi masyadong reaktibo. Upang masira ang mga bono sa mataas na polar na mga molekula (HCl, H 2 O), mas kaunting enerhiya ang kinakailangan, at ang rate ng reaksyon ay mas mataas. Ang mga reaksyon sa pagitan ng mga ion sa mga solusyon sa electrolyte ay nagpapatuloy halos kaagad.
Mga halimbawa
Ang fluorine ay sumasabog na tumutugon sa hydrogen sa temperatura ng silid; ang bromine ay tumutugon sa hydrogen nang dahan-dahan kahit na pinainit.
Ang kaltsyum oksido ay malakas na tumutugon sa tubig, naglalabas ng init; tansong oksido - hindi tumutugon.

2. Konsentrasyon. Sa pagtaas ng konsentrasyon (ang bilang ng mga particle sa bawat dami ng yunit), ang mga banggaan ng mga molekula ng reactant ay nangyayari nang mas madalas - ang pagtaas ng rate ng reaksyon.
Ang batas ng aktibong masa (K. Guldberg, P. Waage, 1867)
Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga reactant.

AA + bB + . . . ® . . .

• [A] a [B] b . . .

Ang rate ng reaksyon na pare-pareho ay nakasalalay sa likas na katangian ng mga reactant, temperatura, at katalista, ngunit hindi nakasalalay sa mga konsentrasyon ng mga reactant.
Ang pisikal na kahulugan ng rate constant ay ito ay katumbas ng rate ng reaksyon sa mga konsentrasyon ng yunit ng mga reactant.
Para sa mga heterogenous na reaksyon, ang konsentrasyon ng solid phase ay hindi kasama sa expression ng rate ng reaksyon.

3. Temperatura. Para sa bawat 10°C na pagtaas ng temperatura, tumataas ang rate ng reaksyon ng 2-4 factor (panuntunan ni Van't Hoff). Sa pagtaas ng temperatura mula t 1 hanggang t 2, ang pagbabago sa rate ng reaksyon ay maaaring kalkulahin ng formula:

		(t 2 - t 1) / 10
Vt 2 / Vt 1	= g

(kung saan ang Vt 2 at Vt 1 ay ang mga rate ng reaksyon sa mga temperatura t 2 at t 1, ayon sa pagkakabanggit; g ay ang koepisyent ng temperatura ng reaksyong ito).
Ang panuntunan ni Van't Hoff ay nalalapat lamang sa isang makitid na hanay ng temperatura. Mas tumpak ang Arrhenius equation:

• e-Ea/RT

saan
A ay isang pare-pareho depende sa likas na katangian ng mga reactants;
R ay ang unibersal na gas constant;

Ang Ea ay ang activation energy, i.e. ang enerhiya na dapat taglayin ng nagbabanggaan na mga molekula upang ang banggaan ay magresulta sa pagbabagong kemikal.
Energy diagram ng isang kemikal na reaksyon.

exothermic reaksyon	Endothermic na reaksyon

A - reagents, B - activated complex (transition state), C - mga produkto.
Kung mas mataas ang activation energy Ea, mas tumataas ang rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura.

4. Ang contact surface ng mga reactant. Para sa mga heterogenous system (kapag ang mga substance ay nasa iba't ibang estado ng pagsasama-sama), mas malaki ang contact surface, mas mabilis ang reaksyon. Ang ibabaw ng mga solid ay maaaring tumaas sa pamamagitan ng paggiling sa kanila, at para sa mga natutunaw na sangkap sa pamamagitan ng pagtunaw sa kanila.

5. Catalysis. Ang mga sangkap na nakikilahok sa mga reaksyon at nagpapataas ng rate nito, na nananatiling hindi nagbabago sa pagtatapos ng reaksyon, ay tinatawag na mga katalista. Ang mekanismo ng pagkilos ng mga catalyst ay nauugnay sa isang pagbawas sa activation energy ng reaksyon dahil sa pagbuo ng mga intermediate compound. Sa homogenous catalysis ang mga reagents at ang katalista ay bumubuo ng isang yugto (sila ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama), na may heterogenous catalysis- iba't ibang mga yugto (sila ay nasa iba't ibang mga estado ng pagsasama-sama). Sa ilang mga kaso, ang kurso ng hindi kanais-nais na mga proseso ng kemikal ay maaaring mabagal nang husto sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga inhibitor sa medium ng reaksyon (ang phenomenon negatibong catalysis").

Ang rate ng mga reaksiyong kemikal, ang pag-asa nito sa iba't ibang mga kadahilanan

Homogeneous at heterogenous na mga reaksiyong kemikal

Ang mga reaksyon ng kemikal ay nagpapatuloy sa iba't ibang bilis: sa mababang bilis - sa panahon ng pagbuo ng mga stalactites at stalagmite, sa isang average na bilis - kapag nagluluto ng pagkain, kaagad - sa panahon ng pagsabog. Ang mga reaksyon sa mga may tubig na solusyon ay nagpapatuloy nang napakabilis, halos agad-agad. Hinahalo namin agad ang mga solusyon ng barium chloride at sodium sulfate - barium sulfate sa anyo ng isang namuo. Ang sulfur ay mabilis na nasusunog, ngunit hindi kaagad, ang magnesium ay natutunaw sa hydrochloric acid, ang ethylene ay nag-decolorize ng bromine na tubig. Dahan-dahan, nabubuo ang kalawang sa mga bagay na bakal, plaka sa mga produktong tanso at tanso, dahan-dahang nabubulok ang mga dahon, at nasisira ang mga ngipin.

Ang paghula sa bilis ng isang kemikal na reaksyon, pati na rin ang pagpapaliwanag ng pag-asa nito sa mga kondisyon ng proseso, ay isang gawain. kinetika ng kemikal— ang agham ng mga regularidad ng kurso ng mga reaksiyong kemikal sa oras.

Kung ang mga reaksiyong kemikal ay nangyayari sa isang homogenous na daluyan, halimbawa, sa isang solusyon o sa isang bahagi ng gas, kung gayon ang pakikipag-ugnayan ng mga tumutugon na sangkap ay nangyayari sa buong dami. Ang ganitong mga reaksyon, tulad ng alam mo, ay tinatawag homogenous.

Ang rate ng isang homogenous na reaksyon ($v_(homog.)$) ay tinukoy bilang ang pagbabago sa dami ng isang substance kada yunit ng oras bawat unit volume:

$υ_(homog.)=(∆n)/(∆t V),$

kung saan ang $∆n$ ay ang pagbabago sa bilang ng mga moles ng isang substance (kadalasan ay ang una, ngunit maaari rin itong maging produkto ng reaksyon); $∆t$ — pagitan ng oras (s, min.); Ang $V$ ay ang dami ng gas o solusyon (l).

Dahil ang ratio ng dami ng substance sa volume ay ang molar concentration $C$, kung gayon

$(∆n)/(V)=∆C.$

Sa ganitong paraan, homogenous na rate ng reaksyon ay tinukoy bilang ang pagbabago sa konsentrasyon ng isa sa mga sangkap sa bawat yunit ng oras:

$υ_(homog.)=(∆C)/(∆t)[(mol)/(l s)]$

kung ang dami ng sistema ay hindi nagbabago. Kung ang isang reaksyon ay nangyayari sa pagitan ng mga sangkap sa iba't ibang mga estado ng pagsasama-sama (halimbawa, sa pagitan ng isang solid at isang gas o likido), o sa pagitan ng mga sangkap na hindi makabuo ng isang homogenous na daluyan (halimbawa, sa pagitan ng mga hindi mapaghalo na likido), kung gayon ito ay nagaganap lamang sa ibabaw ng contact ng mga sangkap. Ang mga ganitong reaksyon ay tinatawag magkakaiba.

Heterogenous na rate ng reaksyon ay tinukoy bilang ang pagbabago sa dami ng bagay sa bawat yunit ng oras sa bawat yunit ng ibabaw:

$υ_(homog.)=(∆C)/(∆t S)[(mol)/(c m^2)]$

kung saan ang $S$ ay ang surface area ng contact sa pagitan ng mga substance ($m^2, cm^2$).

Kung, para sa anumang patuloy na reaksyon, ang konsentrasyon ng panimulang substansiya ay eksperimento na sinusukat sa iba't ibang mga punto ng oras, kung gayon ang pagbabago nito ay maaaring graphical na ipakita gamit ang kinetic curve para sa reagent na ito.

Ang rate ng reaksyon ay hindi isang pare-parehong halaga. Nagpahiwatig lamang kami ng isang tiyak na average na rate ng isang ibinigay na reaksyon sa isang tiyak na agwat ng oras.

Isipin na tinutukoy natin ang rate ng isang reaksyon

$H_2+Cl_2→2HCl$

a) sa pamamagitan ng pagbabago ng konsentrasyon ng $Н_2$;

b) sa pamamagitan ng pagbabago ng konsentrasyon ng $HCl$.

Makakakuha ba tayo ng parehong mga halaga? Pagkatapos ng lahat, mula sa $1$ mol $H_2$ $2$ mol $HCl$ ay nabuo, kaya ang bilis kung sakaling b) ay magiging doble ang taas. Samakatuwid, ang halaga ng rate ng reaksyon ay nakasalalay din sa sangkap kung saan ito natutukoy.

Ang pagbabago sa dami ng isang substance kung saan natutukoy ang rate ng reaksyon ay isang panlabas na salik na naobserbahan ng mananaliksik. Sa katunayan, ang lahat ng mga proseso ay isinasagawa sa micro level. Malinaw, upang ang ilang mga particle ay makapag-react, dapat una sa lahat ang mga ito ay bumangga, at mabisang bumangga: hindi upang magkalat na parang mga bola sa iba't ibang direksyon, ngunit sa paraan na ang mga lumang bono sa mga particle ay nawasak o humina at ang mga bago ay maaaring. form, ngunit para sa mga particle ay dapat magkaroon ng sapat na enerhiya.

Ipinapakita ng data ng pagkalkula na, halimbawa, ang mga banggaan ng mga molecule sa mga gas sa atmospheric pressure ay umaabot sa bilyun-bilyon kada $1$ segundo, i.e. lahat ng reaksyon ay dapat instant. Pero hindi pala. Lumalabas na isang napakaliit na bahagi lamang ng mga molekula ang may kinakailangang enerhiya upang makagawa ng isang epektibong banggaan.

Ang pinakamababang labis na enerhiya na dapat taglayin ng isang particle (o pares ng mga particle) upang magkaroon ng epektibong banggaan ay tinatawag na activation energy$E_a$.

Kaya, mayroong isang hadlang sa enerhiya sa paraan ng lahat ng mga particle na pumapasok sa reaksyon, katumbas ng activation energy $E_a$. Kapag ito ay maliit, mayroong maraming mga particle na maaaring pagtagumpayan ito, at ang rate ng reaksyon ay mataas. Kung hindi, kailangan ng push. Kapag nagdala ka ng posporo upang sindihan ang isang spirit lamp, ibinibigay mo ang karagdagang enerhiya na $E_a$ na kinakailangan para sa mabisang banggaan ng mga molekula ng alkohol sa mga molekula ng oxygen (paglampas sa hadlang).

Sa konklusyon, napagpasyahan namin na maraming posibleng mga reaksyon ang halos hindi nangyayari, dahil mataas na activation energy.

Ito ay napakahalaga para sa ating buhay. Isipin kung ano ang mangyayari kung ang lahat ng thermodynamically pinapayagang reaksyon ay maaaring magpatuloy nang walang anumang energy barrier (activation energy). Ang oxygen sa hangin ay tumutugon sa anumang bagay na maaaring masunog o simpleng mag-oxidize. Lahat ng organikong bagay ay magdurusa, sila ay magiging carbon dioxide $CO_2$ at tubig $H_2O$.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay nakasalalay sa maraming mga kadahilanan. Ang mga pangunahing ay: ang kalikasan at konsentrasyon ng mga reactant, presyon (sa mga reaksyon na kinasasangkutan ng mga gas), temperatura, ang pagkilos ng mga catalyst at ang ibabaw ng mga reactant sa kaso ng mga heterogenous na reaksyon. Isaalang-alang ang impluwensya ng bawat isa sa mga salik na ito sa bilis ng isang kemikal na reaksyon.

Temperatura

Alam mo na kapag ang temperatura ay tumaas, sa karamihan ng mga kaso ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tumataas nang malaki. Noong ika-19 na siglo ang Dutch chemist na si J. H. Van't Hoff ay bumalangkas ng panuntunan:

Ang pagtaas ng temperatura para sa bawat $10°C$ ay humahantong sa pagtaas ng rate ng reaksyon sa pamamagitan ng isang salik na 2-4 (ang halagang ito ay tinatawag na koepisyent ng temperatura ng reaksyon).

Sa pagtaas ng temperatura, ang average na bilis ng mga molekula, ang kanilang enerhiya, at ang bilang ng mga banggaan ay bahagyang tumataas, ngunit ang bahagi ng mga aktibong molekula na nakikilahok sa mga epektibong banggaan na nagtagumpay sa hadlang ng enerhiya ng reaksyon ay tumataas nang husto.

Sa matematika, ang pag-asa na ito ay ipinahayag ng kaugnayan:

$υ_(t_2)=υ_(t_1)γ^((t_2-t_1)/(10)),$

kung saan ang $υ_(t_1)$ at $υ_(t_2)$ ay ang mga rate ng reaksyon sa huling $t_2$ at inisyal na $t_1$ na temperatura, ayon sa pagkakabanggit, at ang $γ$ ay ang koepisyent ng temperatura ng rate ng reaksyon, na nagpapakita kung ilan beses na tumaas ang rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura para sa bawat $10°C$.

Gayunpaman, upang mapataas ang rate ng reaksyon, ang pagtaas ng temperatura ay hindi palaging naaangkop, dahil. ang mga panimulang sangkap ay maaaring magsimulang mabulok, ang mga solvent o ang mga sangkap mismo ay maaaring sumingaw.

Konsentrasyon ng reactant

Ang isang pagbabago sa presyur na may pakikilahok ng mga gas na sangkap sa reaksyon ay humahantong din sa isang pagbabago sa konsentrasyon ng mga sangkap na ito.

Upang magkaroon ng interaksyon ng kemikal sa pagitan ng mga particle, dapat silang epektibong magbanggaan. Kung mas malaki ang konsentrasyon ng mga reactant, mas maraming banggaan at, nang naaayon, mas mataas ang rate ng reaksyon. Halimbawa, ang acetylene ay mabilis na nasusunog sa purong oxygen. Nagkakaroon ito ng sapat na temperatura upang matunaw ang metal. Sa batayan ng isang malaking halaga ng pang-eksperimentong materyal, noong 1867 ang mga Norwegian na sina K. Guldenberg at P. Waage, at nang nakapag-iisa sa kanila noong 1865, binuo ng siyentipikong Ruso na si N. I. Beketov ang pangunahing batas ng kinetika ng kemikal, na nagtatatag ng pagtitiwala sa reaksyon. rate sa konsentrasyon ng mga reacting substance.

Ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga reactant, na kinuha sa mga kapangyarihan na katumbas ng kanilang mga coefficient sa equation ng reaksyon.

Ang batas na ito ay tinatawag ding batas ng aksyong masa.

Para sa reaksyon $A+B=D$ ang batas na ito ay ipinahayag tulad ng sumusunod:

$υ_1=k_1 C_A C_B$

Para sa reaksyon $2A+B=D$ ang batas na ito ay ipinahayag tulad ng sumusunod:

$υ_2=k_2 C_A^2 C_B$

Narito ang $C_A, C_B$ ay ang mga konsentrasyon ng mga sangkap na $A$ at $B$ (mol/l); Ang $k_1$ at $k_2$ ay ang mga coefficient ng proporsyonalidad, na tinatawag na reaction rate constants.

Ang pisikal na kahulugan ng reaction rate constant ay hindi mahirap itatag - ito ay ayon sa bilang na katumbas ng reaction rate kung saan ang mga konsentrasyon ng mga reactant ay katumbas ng $1$ mol/l o ang kanilang produkto ay katumbas ng pagkakaisa. Sa kasong ito, malinaw na ang rate ng pare-pareho ng reaksyon ay nakasalalay lamang sa temperatura at hindi nakasalalay sa konsentrasyon ng mga sangkap.

Ang batas ng mass action ay hindi isinasaalang-alang ang konsentrasyon ng mga reacting substance sa solid state, dahil sila ay tumutugon sa mga ibabaw at ang kanilang mga konsentrasyon ay karaniwang pare-pareho.

Halimbawa, para sa reaksyon ng pagkasunog ng karbon

Ang expression rate ng reaksyon ay dapat na nakasulat tulad nito:

$υ=k·C_(O_2)$,

ibig sabihin, ang rate ng reaksyon ay proporsyonal lamang sa konsentrasyon ng oxygen.

Kung ang equation ng reaksyon ay naglalarawan lamang ng pangkalahatang reaksyon ng kemikal, na nagaganap sa maraming yugto, kung gayon ang rate ng naturang reaksyon ay maaaring depende sa isang kumplikadong paraan sa mga konsentrasyon ng mga panimulang sangkap. Ang pag-asa na ito ay tinutukoy sa eksperimento o teoretikal batay sa iminungkahing mekanismo ng reaksyon.

Ang pagkilos ng mga katalista

Posibleng taasan ang rate ng reaksyon sa pamamagitan ng paggamit ng mga espesyal na sangkap na nagbabago sa mekanismo ng reaksyon at idirekta ito sa isang mas masiglang mas kanais-nais na landas na may mas mababang activation energy. Tinawag sila mga katalista(mula sa lat. catalysis- pagkawasak).

Ang katalista ay kumikilos bilang isang bihasang gabay, na nagtuturo sa isang pangkat ng mga turista na hindi sa pamamagitan ng isang mataas na daanan sa mga bundok (ang pagtagumpayan nito ay nangangailangan ng maraming pagsisikap at oras at hindi naa-access ng lahat), ngunit kasama ang mga landas ng detour na kilala niya, kung saan mas madali at mas mabilis mong malalampasan ang bundok. Totoo, sa isang detour maaari kang makakuha ng hindi masyadong kung saan humahantong ang pangunahing pass. Ngunit kung minsan iyon mismo ang kailangan mo! Ito ay kung paano gumagana ang mga catalyst, na tinatawag pumipili. Malinaw na hindi na kailangang magsunog ng ammonia at nitrogen, ngunit ang nitric oxide (II) ay ginagamit sa paggawa ng nitric acid.

Ang mga katalista ay mga sangkap na nakikibahagi sa isang kemikal na reaksyon at nagbabago ng bilis o direksyon nito, ngunit sa dulo ng reaksyon ay nananatiling hindi nagbabago sa dami at husay.

Ang pagbabago ng rate ng isang kemikal na reaksyon o direksyon nito sa tulong ng isang katalista ay tinatawag catalysis. Ang mga catalyst ay malawakang ginagamit sa iba't ibang industriya at sa transportasyon (mga catalytic converter na nagko-convert ng mga nitrogen oxide sa mga gas na tambutso ng kotse sa hindi nakakapinsalang nitrogen).

Mayroong dalawang uri ng catalysis.

homogenous catalysis, kung saan ang catalyst at ang mga reactant ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama (phase).

heterogenous catalysis kung saan ang catalyst at reactants ay nasa iba't ibang phase. Halimbawa, ang agnas ng hydrogen peroxide sa pagkakaroon ng solid manganese (IV) oxide catalyst:

$2H_2O_2(→)↖(MnO_2(I))2H_2O_((l))+O_2(g)$

Ang katalista mismo ay hindi natupok bilang isang resulta ng reaksyon, ngunit kung ang iba pang mga sangkap ay na-adsorbed sa ibabaw nito (tinatawag silang catalytic poisons), pagkatapos ay ang ibabaw ay nagiging hindi maaaring magamit, ang pagbabagong-buhay ng katalista ay kinakailangan. Samakatuwid, bago isagawa ang catalytic reaction, ang mga panimulang materyales ay lubusan na nililinis.

Halimbawa, sa paggawa ng sulfuric acid sa pamamagitan ng paraan ng pakikipag-ugnay, isang solid catalyst ang ginagamit - vanadium (V) oxide $V_2O_5$:

$2SO_2+O_2⇄2SO_3$

Sa paggawa ng methanol, isang solidong zinc-chromium catalyst ang ginagamit ($8ZnO Cr_2O_3×CrO_3$):

$CO_((g))+2H_(2(g))⇄CH_3OH_((g))$

Ang mga biological catalyst ay gumagana nang napakabisa - mga enzyme. Sa likas na kemikal, ito ay mga protina. Salamat sa kanila, ang mga kumplikadong reaksyon ng kemikal ay nagpapatuloy sa isang mataas na bilis sa mga buhay na organismo sa mababang temperatura. Napakaespesipiko ng mga enzyme, bawat isa sa kanila ay nagpapabilis lamang ng sarili nitong reaksyon, na nagaganap sa tamang oras at sa tamang lugar na may ani na malapit sa $100%$. Ang paglikha ng mga artificial catalyst na katulad ng mga enzyme ay isang pangarap ng mga chemist!

Siyempre, narinig mo ang tungkol sa iba pang mga kagiliw-giliw na sangkap - mga inhibitor(mula sa lat. inhibere- pagkaantala). Ang mga ito ay tumutugon sa mga aktibong particle sa isang mataas na rate upang bumuo ng mga hindi aktibong compound. Bilang resulta, ang reaksyon ay bumagal nang husto at pagkatapos ay huminto. Ang mga inhibitor ay kadalasang partikular na idinaragdag sa iba't ibang mga sangkap upang maiwasan ang mga hindi gustong proseso.

Halimbawa, sa tulong ng mga inhibitor, mga solusyon sa hydrogen peroxide, mga monomer upang maiwasan ang napaaga na polimerisasyon, ang hydrochloric acid ay nagpapatatag upang ito ay maihatid sa mga lalagyan ng bakal. Ang mga inhibitor ay matatagpuan din sa mga buhay na organismo; pinipigilan nila ang iba't ibang nakakapinsalang reaksyon ng oksihenasyon sa mga selula ng tisyu, na maaaring simulan, halimbawa, sa pamamagitan ng radioactive radiation.

Ang likas na katangian ng mga reactant (ang kanilang komposisyon, istraktura)

Ang halaga ng enerhiya ng pag-activate ay ang kadahilanan kung saan ang impluwensya ng likas na katangian ng mga tumutugon na sangkap sa rate ng reaksyon ay apektado.

Kung maliit ang activation energy ($< 40$ кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкновений между частицами реагирующих веществ приводит к их взаимодействию, и скорость такой реакции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих реакциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в этих случаях ничтожно мала.

Kung ang activation energy ay mataas ($> 120$ kJ/mol), nangangahulugan ito na ang kaunting bahagi lamang ng mga banggaan sa pagitan ng mga partikulo ay humahantong sa isang reaksyon. Ang rate ng naturang reaksyon ay samakatuwid ay napakabagal. Halimbawa, ang pag-unlad ng reaksyon ng ammonia synthesis sa ordinaryong temperatura ay halos imposibleng mapansin.

Kung ang mga activation energies ay may mga intermediate na halaga ($40-120$ kJ/mol), kung gayon ang mga rate ng naturang mga reaksyon ay magiging karaniwan. Kasama sa mga naturang reaksyon ang pakikipag-ugnayan ng sodium sa tubig o ethyl alcohol, ang decolorization ng bromine water na may ethylene, ang pakikipag-ugnayan ng zinc sa hydrochloric acid, atbp.

Kontakin ang ibabaw ng mga reactant

Ang rate ng mga reaksyon na nagaganap sa ibabaw ng mga sangkap, i.e. magkakaiba, depende, ang iba pang mga bagay ay pantay, sa mga katangian ng ibabaw na ito. Ito ay kilala na ang powdered chalk ay mas mabilis na natutunaw sa hydrochloric acid kaysa sa isang pantay na piraso ng masa ng chalk.

Ang pagtaas sa rate ng reaksyon ay ipinaliwanag, una sa lahat, sa pamamagitan ng pagtaas sa contact surface ng mga paunang sangkap, pati na rin ng maraming iba pang mga kadahilanan, halimbawa, ang pagkasira ng istraktura ng regular na kristal na sala-sala. Ito ay humahantong sa katotohanan na ang mga particle sa ibabaw ng nabuo na microcrystals ay mas reaktibo kaysa sa parehong mga particle sa isang makinis na ibabaw.

Sa industriya, para sa pagsasagawa ng mga heterogenous na reaksyon, ang isang fluidized na kama ay ginagamit upang madagdagan ang contact surface ng mga reactant, ang supply ng mga panimulang materyales, at ang pag-alis ng mga produkto. Halimbawa, sa paggawa ng sulfuric acid gamit ang isang fluidized bed, ang pyrite ay inihaw; sa organic chemistry, gamit ang fluidized bed, catalytic cracking ng mga produktong petrolyo at pagbabagong-buhay (recovery) ng isang nabigong (coked) catalyst ay isinasagawa.

Mga pangunahing konseptong pinag-aralan:

Ang bilis ng mga reaksiyong kemikal

Konsentrasyon ng molar

Kinetics

Homogeneous at heterogenous na mga reaksyon

Mga salik na nakakaapekto sa bilis ng mga reaksiyong kemikal

katalista, inhibitor

Catalysis

Mababalik at hindi maibabalik na mga reaksyon

Ekwilibriyo ng kemikal

Ang mga reaksiyong kemikal ay mga reaksyon kung saan ang iba pang mga sangkap ay nakuha mula sa isang sangkap (mga bagong sangkap ay nabuo mula sa orihinal na mga sangkap). Ang ilang mga kemikal na reaksyon ay nagaganap sa mga fraction ng isang segundo (isang pagsabog), habang ang iba ay tumatagal ng mga minuto, araw, taon, dekada, atbp.

Halimbawa: ang nasusunog na reaksyon ng pulbura ay nangyayari kaagad sa pag-aapoy at pagsabog, at ang reaksyon ng pagdidilim ng pilak o kalawang ng bakal (kaagnasan) ay nagpapatuloy nang napakabagal na posible na sundin ang resulta nito pagkatapos lamang ng mahabang panahon.

Upang makilala ang bilis ng isang kemikal na reaksyon, ang konsepto ng rate ng isang kemikal na reaksyon ay ginagamit - υ.

Ang bilis ng isang kemikal na reaksyon ay ang pagbabago sa konsentrasyon ng isa sa mga reactant ng reaksyon sa bawat yunit ng oras.

Ang formula para sa pagkalkula ng rate ng isang kemikal na reaksyon ay:

υ =	mula 2 hanggang 1	=	∆ s
t2 – t1	∆t

c 1 - molar na konsentrasyon ng sangkap sa paunang oras t 1

c 2 - molar na konsentrasyon ng sangkap sa paunang oras t 2

dahil ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pagbabago sa molar na konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap (nagsisimulang mga sangkap), pagkatapos ay t 2 > t 1, at c 2 > c 1 (ang konsentrasyon ng mga panimulang sangkap ay bumababa habang ang reaksyon ay nagpapatuloy ).

(mga) konsentrasyon ng molar ay ang dami ng substance sa bawat unit volume. Ang yunit ng pagsukat ng konsentrasyon ng molar ay [mol/l].

Ang sangay ng kimika na nag-aaral sa bilis ng mga reaksiyong kemikal ay tinatawag kinetika ng kemikal. Alam ang mga batas nito, maaaring kontrolin ng isang tao ang mga proseso ng kemikal, itakda ang mga ito sa isang tiyak na bilis.

Kapag kinakalkula ang rate ng isang kemikal na reaksyon, dapat tandaan na ang mga reaksyon ay nahahati sa homogenous at heterogenous.

Mga homogenous na reaksyon- mga reaksyon na nangyayari sa parehong kapaligiran (i.e., ang mga reactant ay nasa parehong estado ng pagsasama-sama; halimbawa: gas + gas, likido + likido).

magkakaibang reaksyon- ito ay mga reaksyon na nagaganap sa pagitan ng mga sangkap sa isang hindi homogenous na medium (mayroong phase interface, i.e. ang mga tumutugon na sangkap ay nasa ibang estado ng pagsasama-sama; halimbawa: gas + likido, likido + solid).

Ang formula sa itaas para sa pagkalkula ng rate ng isang kemikal na reaksyon ay may bisa lamang para sa mga homogenous na reaksyon. Kung ang reaksyon ay heterogenous, maaari lamang itong maganap sa interface sa pagitan ng mga reactant.

Para sa isang heterogenous na reaksyon, ang rate ay kinakalkula ng formula:

∆ν - pagbabago sa dami ng substance

Ang S ay ang lugar ng interface

∆ t ay ang agwat ng oras kung kailan naganap ang reaksyon

Ang rate ng mga reaksiyong kemikal ay nakasalalay sa iba't ibang mga kadahilanan: ang likas na katangian ng mga reactant, ang konsentrasyon ng mga sangkap, temperatura, mga catalyst o mga inhibitor.

Depende sa rate ng reaksyon sa likas na katangian ng mga reactant.

Suriin natin ang pag-asa sa rate ng reaksyon halimbawa: inilalagay namin sa dalawang test tubes, na naglalaman ng parehong dami ng hydrochloric acid solution (HCl), metal granules ng parehong lugar: sa unang test tube, isang iron (Fe) granule, at sa pangalawa - isang magnesium (Mg) butil. Bilang resulta ng mga obserbasyon, ayon sa rate ng hydrogen evolution (H 2), makikita na ang magnesium ay tumutugon sa hydrochloric acid sa pinakamataas na rate kaysa sa iron. Ang bilis ng reaksyong kemikal na ito ay naiimpluwensyahan ng likas na katangian ng metal (i.e. ang magnesium ay isang mas reaktibong metal kaysa sa bakal at samakatuwid ay mas malakas na tumutugon sa acid).

Depende sa rate ng mga reaksiyong kemikal sa konsentrasyon ng mga reactant.

Kung mas mataas ang konsentrasyon ng tumutugon (paunang) sangkap, mas mabilis ang reaksyon. Sa kabaligtaran, mas mababa ang konsentrasyon ng reactant, mas mabagal ang reaksyon.

Halimbawa: ibubuhos namin ang isang puro solusyon ng hydrochloric acid (HCl) sa isang test tube, at isang dilute na solusyon ng hydrochloric acid sa isa pa. Inilagay namin sa parehong mga test tube ang isang butil ng zinc (Zn). Naobserbahan namin, sa pamamagitan ng rate ng hydrogen evolution, na ang reaksyon ay pupunta nang mas mabilis sa unang test tube, dahil ang konsentrasyon ng hydrochloric acid dito ay mas malaki kaysa sa pangalawang test tube.

Upang matukoy ang dependence ng rate ng isang kemikal na reaksyon, batas ng pagkilos ng (kumikilos) ng masa : ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga reactant, na kinuha sa mga kapangyarihan na katumbas ng kanilang mga coefficient.

Halimbawa, para sa isang reaksyon na nagpapatuloy ayon sa pamamaraan: nA + mB → D , ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tinutukoy ng formula:

υ ch.r. = k C (A) n C (B) m , saan

υ x.r - rate ng reaksyon ng kemikal

C(A)- PERO

C (V) - molar na konsentrasyon ng isang sangkap AT

n at m - kanilang coefficients

k- pare-pareho ang rate ng reaksyon ng kemikal (halaga ng sanggunian).

Ang batas ng mass action ay hindi nalalapat sa mga sangkap na nasa isang solidong estado, dahil ang kanilang konsentrasyon ay pare-pareho (dahil sa ang katunayan na sila ay tumutugon lamang sa ibabaw, na nananatiling hindi nagbabago).

Halimbawa: para sa isang reaksyon 2 Cu + O 2 \u003d 2 CuO ang rate ng reaksyon ay tinutukoy ng formula:

υ ch.r. \u003d k C (O 2)

PROBLEMA: Ang rate constant ng reaksyon 2A + B = D ay 0.005. kalkulahin ang rate ng reaksyon sa isang molar na konsentrasyon ng sangkap A \u003d 0.6 mol / l, sangkap B \u003d 0.8 mol / l.

Ang pag-asa ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura.

Ang pag-asa na ito ay tinutukoy hindi tuntunin ni Hoff (1884): na may pagtaas ng temperatura para sa bawat 10 ° C, ang rate ng isang kemikal na reaksyon ay tumataas sa average ng 2-4 na beses.

Kaya, ang pakikipag-ugnayan ng hydrogen (H 2) at oxygen (O 2) ay halos hindi nangyayari sa temperatura ng silid, kaya ang rate ng reaksyong kemikal na ito ay napakababa. Ngunit sa temperatura na 500 C tungkol sa reaksyong ito ay nagpapatuloy sa loob ng 50 minuto, at sa temperatura na 700 C tungkol sa - halos agad-agad.

Ang formula para sa pagkalkula ng rate ng isang kemikal na reaksyon ayon sa tuntunin ng van't Hoff:

kung saan: υ t 1 at υ t 2 ay ang mga rate ng mga reaksiyong kemikal sa t 2 at t 1

Ang γ ay ang koepisyent ng temperatura, na nagpapakita kung gaano karaming beses ang pagtaas ng rate ng reaksyon sa pagtaas ng temperatura ng 10 ° C.

Pagbabago sa rate ng reaksyon:

2. Palitan ang data mula sa pahayag ng problema sa formula:

Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa mga espesyal na sangkap - mga catalyst at inhibitor.

Catalyst Isang sangkap na nagpapataas ng bilis ng isang kemikal na reaksyon ngunit hindi mismo nakikilahok dito.

Inhibitor Isang sangkap na nagpapabagal sa isang kemikal na reaksyon ngunit hindi nakikibahagi dito.

Halimbawa: sa isang test tube na may solusyon ng 3% hydrogen peroxide (H 2 O 2), na pinainit, magdagdag tayo ng nagbabagang splinter - hindi ito sisindi, dahil ang rate ng reaksyon ng agnas ng hydrogen peroxide sa tubig (H 2 O) at oxygen (O 2) ay napakababa, at ang nagresultang oxygen ay hindi sapat upang magsagawa ng isang husay na reaksyon sa oxygen (pagpapanatili ng pagkasunog). Ngayon ay maglagay tayo ng kaunting itim na pulbos ng manganese (IV) oxide (MnO 2) sa test tube at makikita natin na nagsimula na ang mabilis na paglabas ng mga bula ng gas (oxygen), at ang nagbabagang tanglaw na ipinasok sa test tube ay sumiklab nang maliwanag. . Ang MnO 2 ay isang katalista para sa reaksyong ito, pinabilis nito ang rate ng reaksyon, ngunit hindi lumahok dito mismo (maaari itong patunayan sa pamamagitan ng pagtimbang ng katalista bago at pagkatapos ng reaksyon - hindi magbabago ang masa nito).

Ang pag-aaral ng rate ng isang kemikal na reaksyon at ang mga kondisyon na nakakaapekto sa pagbabago nito ay isa sa mga lugar ng pisikal na kimika - kinetika ng kemikal. Isinasaalang-alang din niya ang mga mekanismo ng mga reaksyong ito at ang kanilang thermodynamic validity. Ang mga pag-aaral na ito ay mahalaga hindi lamang para sa mga layuning pang-agham, kundi pati na rin para sa pagkontrol sa pakikipag-ugnayan ng mga bahagi sa mga reaktor sa paggawa ng lahat ng uri ng mga sangkap.

Ang konsepto ng bilis sa kimika

Nakaugalian na tawagan ang rate ng reaksyon ng isang tiyak na pagbabago sa mga konsentrasyon ng mga compound na pumasok sa reaksyon (ΔС) bawat yunit ng oras (Δt). Ang mathematical formula para sa rate ng isang kemikal na reaksyon ay ang mga sumusunod:

ᴠ = ±∆C/∆t.

Ang rate ng reaksyon ay sinusukat sa mol / l s kung ito ay nangyayari sa buong volume (iyon ay, ang reaksyon ay homogenous) at sa mol / m 2 s kung ang pakikipag-ugnayan ay nagaganap sa ibabaw na naghihiwalay sa mga phase (iyon ay, ang reaksyon ay magkakaiba). Ang sign na "-" sa formula ay tumutukoy sa pagbabago sa mga halaga ng mga konsentrasyon ng mga paunang reaksyon, at ang tanda na "+" - sa pagbabago ng mga halaga ng mga konsentrasyon ng mga produkto ng parehong reaksyon.

Mga halimbawa ng mga reaksyon sa iba't ibang bilis

Ang mga pakikipag-ugnayan ng kemikal ay maaaring mangyari sa iba't ibang mga rate. Kaya, ang rate ng paglago ng mga stalactites, iyon ay, ang pagbuo ng calcium carbonate, ay 0.5 mm lamang bawat 100 taon. Ang ilang biochemical reaction ay mabagal, tulad ng photosynthesis at protein synthesis. Ang kaagnasan ng mga metal ay nagpapatuloy sa medyo mababang rate.

Ang average na bilis ay maaaring mailalarawan sa pamamagitan ng mga reaksyon na nangangailangan ng isa hanggang ilang oras. Ang isang halimbawa ay pagluluto, na sinamahan ng agnas at pagbabago ng mga compound na nakapaloob sa mga produkto. Ang synthesis ng mga indibidwal na polimer ay nangangailangan ng pag-init ng pinaghalong reaksyon para sa isang tiyak na oras.

Ang isang halimbawa ng mga reaksiyong kemikal, ang bilis ng kung saan ay medyo mataas, ay maaaring magsilbing mga reaksyon ng neutralisasyon, ang pakikipag-ugnayan ng sodium bikarbonate na may solusyon ng acetic acid, na sinamahan ng pagpapalabas ng carbon dioxide. Maaari din nating banggitin ang pakikipag-ugnayan ng barium nitrate sa sodium sulfate, kung saan ang pag-ulan ng hindi matutunaw na barium sulfate ay sinusunod.

Ang isang malaking bilang ng mga reaksyon ay maaaring magpatuloy sa bilis ng kidlat at sinamahan ng isang pagsabog. Ang isang klasikong halimbawa ay ang pakikipag-ugnayan ng potasa sa tubig.

Mga salik na nakakaapekto sa bilis ng isang kemikal na reaksyon

Ito ay nagkakahalaga ng noting na ang parehong mga sangkap ay maaaring tumugon sa bawat isa sa iba't ibang mga rate. Kaya, halimbawa, ang isang halo ng gas na oxygen at hydrogen ay maaaring hindi magpakita ng mga palatandaan ng pakikipag-ugnayan sa loob ng mahabang panahon, gayunpaman, kapag ang lalagyan ay inalog o tinamaan, ang reaksyon ay nagiging paputok. Samakatuwid, natukoy ng mga kinetika ng kemikal ang ilang mga salik na may kakayahang maimpluwensyahan ang bilis ng isang reaksiyong kemikal. Kabilang dito ang:

• ang likas na katangian ng mga nakikipag-ugnay na sangkap;
• konsentrasyon ng mga reagents;
• pagbabago ng temperatura;
• ang pagkakaroon ng isang katalista;
• pagbabago sa presyon (para sa mga gas na sangkap);
• ang lugar ng pakikipag-ugnay ng mga sangkap (kung pinag-uusapan natin ang mga magkakaibang reaksyon).

Impluwensya ng kalikasan ng bagay

Ang ganitong makabuluhang pagkakaiba sa mga rate ng mga reaksiyong kemikal ay ipinaliwanag ng iba't ibang mga halaga ng enerhiya ng pag-activate (E a). Ito ay nauunawaan bilang isang tiyak na labis na dami ng enerhiya kung ihahambing sa average na halaga nito na kinakailangan ng isang molekula sa panahon ng isang banggaan upang maganap ang isang reaksyon. Ito ay sinusukat sa kJ / mol at ang mga halaga ay karaniwang nasa hanay na 50-250.

Karaniwang tinatanggap na kung E a \u003d 150 kJ / mol para sa anumang reaksyon, pagkatapos ay sa n. y. halos hindi ito dumadaloy. Ang enerhiya na ito ay ginugugol sa pagtagumpayan ng pagtanggi sa pagitan ng mga molekula ng mga sangkap at sa pagpapahina ng mga bono sa mga paunang sangkap. Sa madaling salita, ang enerhiya ng pag-activate ay nagpapakilala sa lakas ng mga bono ng kemikal sa mga sangkap. Sa pamamagitan ng halaga ng activation energy, maaari nang paunang tantiyahin ang rate ng isang kemikal na reaksyon:

• E a< 40, взаимодействие веществ происходят довольно быстро, поскольку почти все столкнове-ния частиц при-водят к их реакции;
• 40-<Е а <120, предполагается средняя реакция, поскольку эффективными будет лишь половина соударений молекул (например, реакция цинка с соляной кислотой);
• E a >120, isang napakaliit na bahagi lamang ng mga banggaan ng mga particle ang hahantong sa isang reaksyon, at ang bilis nito ay magiging mababa.

Impluwensya ng konsentrasyon

Ang pag-asa ng rate ng reaksyon sa konsentrasyon ay pinakatumpak na nailalarawan ng batas ng mass action (LMA), na nagsasaad:

Ang rate ng isang reaksyong kemikal ay direktang proporsyonal sa produkto ng mga konsentrasyon ng mga tumutugon na sangkap, ang mga halaga nito ay kinuha sa mga kapangyarihan na tumutugma sa kanilang mga stoichiometric coefficient.

Ang batas na ito ay angkop para sa elementarya na isang yugto ng mga reaksyon, o anumang yugto ng pakikipag-ugnayan ng mga sangkap, na nailalarawan sa pamamagitan ng isang kumplikadong mekanismo.

Kung nais mong matukoy ang rate ng isang kemikal na reaksyon, ang equation na kung saan ay maaaring kondisyon na nakasulat bilang:

αА+ bB = ϲС, pagkatapos,

alinsunod sa nakasaad sa itaas na pagbabalangkas ng batas, ang bilis ay matatagpuan sa pamamagitan ng equation:

V=k [A] a [B] b , kung saan

a at b ay stoichiometric coefficients,

[A] at [B] - mga konsentrasyon ng mga panimulang compound,

k ay ang rate constant ng reaksyon na pinag-uusapan.

Ang kahulugan ng rate coefficient ng isang kemikal na reaksyon ay ang halaga nito ay magiging katumbas ng rate kung ang mga konsentrasyon ng mga compound ay katumbas ng mga yunit. Dapat tandaan na para sa tamang pagkalkula ayon sa formula na ito, kinakailangang isaalang-alang ang pinagsama-samang estado ng mga reagents. Ang solidong konsentrasyon ay ipinapalagay na pagkakaisa at hindi kasama sa equation dahil ito ay nananatiling pare-pareho sa panahon ng reaksyon. Kaya, ang mga konsentrasyon lamang ng mga likido at gas na sangkap ang kasama sa pagkalkula ayon sa MDM. Kaya, para sa reaksyon ng pagkuha ng silikon dioxide mula sa mga simpleng sangkap, na inilarawan ng equation

Si (TV) + Ο 2 (g) \u003d SiΟ 2 (TV),

matutukoy ang bilis ng formula:

Karaniwang gawain

Paano magbabago ang rate ng kemikal na reaksyon ng nitrogen monoxide na may oxygen kung ang mga konsentrasyon ng mga panimulang compound ay nadoble?

Solusyon: Ang prosesong ito ay tumutugma sa equation ng reaksyon:

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2 .

Isulat natin ang mga expression para sa inisyal (ᴠ 1) at huling (ᴠ 2) na mga rate ng reaksyon:

ᴠ 1 = k [ΝΟ] 2 [Ο 2 ] at

ᴠ 2 = k·(2·[ΝΟ]) 2 ·2·[Ο 2 ] = k·4[ΝΟ] 2 ·2[Ο 2 ].

ᴠ 1 / ᴠ 2 = (k 4[ΝΟ] 2 2[Ο 2 ]) / (k ・[ΝΟ] 2 [Ο 2 ]).

ᴠ 2 / ᴠ 1 = 4 2/1 = 8.

Sagot: nadagdagan ng 8 beses.

Epekto sa temperatura

Ang pag-asa ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura ay natukoy sa eksperimento ng Dutch scientist na si J. H. Van't Hoff. Nalaman niya na ang rate ng maraming reaksyon ay tumataas ng 2-4 beses sa bawat 10 degrees na pagtaas ng temperatura. Para sa panuntunang ito, mayroong isang mathematical expression na mukhang:

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10 , kung saan

ᴠ 1 at ᴠ 2 - kaukulang bilis sa temperatura Τ 1 at Τ 2;

γ - koepisyent ng temperatura, katumbas ng 2-4.

Kasabay nito, hindi ipinapaliwanag ng panuntunang ito ang mekanismo ng impluwensya ng temperatura sa halaga ng rate ng isang partikular na reaksyon at hindi inilalarawan ang buong hanay ng mga regularidad. Ito ay lohikal na tapusin na sa isang pagtaas sa temperatura, ang magulong paggalaw ng mga particle ay tumataas at ito ay naghihikayat ng mas maraming bilang ng kanilang mga banggaan. Gayunpaman, hindi ito partikular na nakakaapekto sa kahusayan ng mga banggaan ng molekular, dahil ito ay pangunahing nakasalalay sa enerhiya ng pag-activate. Gayundin, ang isang makabuluhang papel sa kahusayan ng pagbangga ng butil ay nilalaro ng kanilang spatial na pagsusulatan sa bawat isa.

Ang pag-asa ng rate ng isang kemikal na reaksyon sa temperatura, na isinasaalang-alang ang likas na katangian ng mga reagents, ay sumusunod sa Arrhenius equation:

k \u003d A 0 e -Ea / RΤ, kung saan

Ang A o ay isang multiplier;

E a - activation energy.

Isang halimbawa ng gawain sa batas ng van't Hoff

Paano dapat baguhin ang temperatura upang ang rate ng isang kemikal na reaksyon, na ang koepisyent ng temperatura ay ayon sa bilang na katumbas ng 3, ay tumaas ng 27 beses?

Solusyon. Gamitin natin ang formula

ᴠ 2 = ᴠ 1 γ (Τ2-Τ1)/10 .

Mula sa kundisyon ᴠ 2 / ᴠ 1 = 27, at γ = 3. Kailangan mong hanapin ang ΔΤ = Τ 2 -Τ 1.

Pagbabago ng orihinal na formula, nakukuha namin:

V 2 /V 1 \u003d γ ΔΤ / 10.

Pinapalitan namin ang mga halaga: 27=3 ΔΤ/10.

Mula dito ay malinaw na ang ΔΤ/10 = 3 at ΔΤ = 30.

Sagot: ang temperatura ay dapat tumaas ng 30 degrees.

Impluwensya ng mga katalista

Sa pisikal na kimika, ang bilis ng mga reaksiyong kemikal ay aktibong pinag-aaralan ng isang seksyon na tinatawag na catalysis. Interesado siya sa kung paano at bakit ang medyo maliit na halaga ng ilang mga sangkap ay makabuluhang nagpapataas ng rate ng pakikipag-ugnayan ng iba. Ang mga sangkap na maaaring mapabilis ang isang reaksyon ngunit hindi sila natupok ay tinatawag na mga katalista.

Napatunayan na ang mga catalyst ay nagbabago sa mekanismo ng pakikipag-ugnayan ng kemikal mismo, nag-aambag sa paglitaw ng mga bagong estado ng paglipat, na nailalarawan sa pamamagitan ng mas mababang mga taas ng hadlang sa enerhiya. Iyon ay, nag-aambag sila sa pagbawas sa enerhiya ng pag-activate, at samakatuwid ay sa pagtaas ng bilang ng mga epektibong epekto ng butil. Ang isang katalista ay hindi maaaring maging sanhi ng isang reaksyon na energetically imposible.

Kaya ang hydrogen peroxide ay maaaring mabulok sa pagbuo ng oxygen at tubig:

H 2 Ο 2 \u003d H 2 Ο + Ο 2.

Ngunit ang reaksyong ito ay napakabagal at sa aming mga kabinet ng gamot ay umiiral ito nang hindi nagbabago sa loob ng mahabang panahon. Kapag nagbubukas lamang ng mga lumang vial ng peroxide, makikita mo ang isang maliit na pop na dulot ng presyon ng oxygen sa mga dingding ng sisidlan. Ang pagdaragdag ng ilang butil lamang ng magnesium oxide ay magdudulot ng aktibong pagpapalabas ng gas.

Ang parehong reaksyon ng agnas ng peroxide, ngunit sa ilalim ng pagkilos ng catalase, ay nangyayari sa panahon ng paggamot ng mga sugat. Mayroong maraming iba't ibang mga sangkap sa mga buhay na organismo na nagpapataas ng bilis ng mga biochemical reaction. Tinatawag silang mga enzyme.

Ang mga inhibitor ay may kabaligtaran na epekto sa kurso ng mga reaksyon. Gayunpaman, hindi ito palaging masama. Ang mga inhibitor ay ginagamit upang protektahan ang mga produktong metal mula sa kaagnasan, upang pahabain ang buhay ng istante ng pagkain, halimbawa, upang maiwasan ang oksihenasyon ng mga taba.

Lugar ng contact ng sangkap

Kung sakaling ang pakikipag-ugnayan ay maganap sa pagitan ng mga compound na may iba't ibang pinagsama-samang estado, o sa pagitan ng mga sangkap na hindi makabuo ng isang homogenous na daluyan (immiscible na mga likido), kung gayon ang kadahilanan na ito ay makabuluhang nakakaapekto sa rate ng isang kemikal na reaksyon. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga heterogenous na reaksyon ay direktang isinasagawa sa interface sa pagitan ng mga phase ng mga nakikipag-ugnay na sangkap. Malinaw, ang mas malawak na hangganan na ito, mas maraming mga particle ang may pagkakataon na mabangga, at mas mabilis ang reaksyon.

Halimbawa, mas mabilis itong napupunta sa anyo ng maliliit na chips kaysa sa anyo ng log. Para sa parehong layunin, maraming mga solido ang giniling sa isang pinong pulbos bago idagdag sa isang solusyon. Kaya, ang powdered chalk (calcium carbonate) ay kumikilos nang mas mabilis sa hydrochloric acid kaysa sa isang piraso ng parehong masa. Gayunpaman, bilang karagdagan sa pagtaas ng lugar, ang pamamaraan na ito ay humahantong din sa isang magulong pagkalagot ng kristal na sala-sala ng sangkap, na nangangahulugang pinatataas nito ang reaktibiti ng mga particle.

Sa matematika, ang rate ng isang heterogenous na kemikal na reaksyon ay makikita bilang isang pagbabago sa dami ng substance (Δν) na nagaganap sa bawat yunit ng oras (Δt) sa bawat unit surface

(S): V = Δν/(S Δt).

Impluwensya ng presyon

Ang pagbabago sa presyon sa sistema ay may epekto lamang kapag ang mga gas ay nakikibahagi sa reaksyon. Ang isang pagtaas sa presyon ay sinamahan ng isang pagtaas sa mga molekula ng isang sangkap sa bawat dami ng yunit, iyon ay, ang konsentrasyon nito ay tumataas nang proporsyonal. Sa kabaligtaran, ang pagbaba ng presyon ay humahantong sa isang katumbas na pagbaba sa konsentrasyon ng reagent. Sa kasong ito, ang formula na naaayon sa ZDM ay angkop para sa pagkalkula ng rate ng isang kemikal na reaksyon.

Isang gawain. Paano tataas ang rate ng reaksyon na inilarawan ng equation

2ΝΟ + Ο 2 = 2ΝΟ 2 ,

kung ang dami ng isang saradong sistema ay nabawasan ng isang kadahilanan ng tatlo (T=const)?

Solusyon. Habang bumababa ang volume, proporsyonal ang pagtaas ng presyon. Isulat natin ang mga expression para sa inisyal (V 1) at huling (V 2) na mga rate ng reaksyon:

V 1 = k 2 [Ο 2 ] at

V 2 = k·(3·) 2 ·3·[Ο 2 ] = k·9[ΝΟ] 2 ·3[Ο 2 ].

Upang malaman kung gaano karaming beses ang bagong bilis ay mas malaki kaysa sa una, dapat mong hatiin ang kaliwa at kanang bahagi ng mga expression:

V 1 /V 2 = (k 9[ΝΟ] 2 3[Ο 2 ]) / (k ? [ΝΟ] 2 [Ο 2 ]).

Ang mga halaga ng konsentrasyon at ang mga constant ng rate ay nabawasan, at nananatili:

V 2 /V 1 \u003d 9 3/1 \u003d 27.

Sagot: ang bilis ay tumaas ng 27 beses.

Summing up, dapat tandaan na ang rate ng pakikipag-ugnayan ng mga sangkap, o sa halip, ang bilang at kalidad ng mga banggaan ng kanilang mga particle, ay naiimpluwensyahan ng maraming mga kadahilanan. Una sa lahat, ito ay ang activation energy at ang geometry ng mga molecule, na halos imposibleng itama. Tulad ng para sa natitirang mga kondisyon, para sa pagtaas ng rate ng reaksyon ay sumusunod:

• dagdagan ang temperatura ng medium ng reaksyon;
• dagdagan ang konsentrasyon ng mga orihinal na compound;
• dagdagan ang presyon sa system o bawasan ang dami nito, kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga gas;
• dalhin ang magkakaibang mga sangkap sa isang estado ng pagsasama-sama (halimbawa, sa pamamagitan ng pagtunaw sa tubig) o dagdagan ang lugar ng kanilang pakikipag-ugnay.